電子信息技術(shù)專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐課程教學(xué)方法的改革與探討

吳占雄　曾毓　高明煜　黃繼業(yè)

【摘要】隨著技術(shù)進(jìn)步，社會對電子信息技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量要求越來越高。作為高等學(xué)校電子信息技術(shù)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐課程在培養(yǎng)學(xué)生的電子系統(tǒng)設(shè)計能力方面起到了重要作用。本專業(yè)對該課程進(jìn)行“以系統(tǒng)為出發(fā)點，以項目為導(dǎo)向”新模式的教學(xué)方法改革與嘗試。經(jīng)過多學(xué)期實踐，取得了良好效果，不但能夠提高學(xué)生系統(tǒng)規(guī)劃能力，也可增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。本文對該課程的建設(shè)方法與成果進(jìn)行了一些總結(jié)，并提出一系列更深層次的探索性課題。

【關(guān)鍵詞】電子技術(shù) 電子系統(tǒng) 設(shè)計性實驗

【基金項目】浙江省高等學(xué)校精品課程建設(shè)項目。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）31-0250-02

隨著科技的快速發(fā)展，社會對電子信息技術(shù)類人才的需求日趨旺盛，同時對其培養(yǎng)質(zhì)量也提出了更高要求，使得電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐成為高校電子信息類專業(yè)的一門極其重要的基礎(chǔ)課程[1]。為了取得良好的教學(xué)效果，須對理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)對教學(xué)方法與手段加以改革，為學(xué)生樹立起系統(tǒng)設(shè)計思想并運用到工程實踐中，提高學(xué)生系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計能力[2]。另外，設(shè)計性實驗也是成就高校學(xué)生個性發(fā)展和動手能力的重要途徑，采用主動性實踐教學(xué)理念組織實驗教學(xué)，實施以學(xué)生為中心、以項目為導(dǎo)向的實踐教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的可行路徑[3]。最后課程考核指標(biāo)的設(shè)計要體現(xiàn)出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的能動意識、創(chuàng)新意識[4， 5]。根據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，基于學(xué)院豐富的實驗資源，本文提出了“以系統(tǒng)為出發(fā)點，以項目為導(dǎo)向”的新教學(xué)模式，通過系統(tǒng)實例架構(gòu)起知識點，以項目來驅(qū)動綜合性設(shè)計實驗，通過分類考核指標(biāo)激勵學(xué)生的創(chuàng)新熱情，大大提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計綜合能力，增強其社會競爭力。

一、當(dāng)前電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐課程的教學(xué)現(xiàn)狀

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐是一門實踐性很強的課程，所面向的授課對象主要為有一定軟硬件基礎(chǔ)的大三學(xué)生。作為電子信息技術(shù)專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課，對本科生的培養(yǎng)質(zhì)量起著重要作用。作為系統(tǒng)設(shè)計，涉及的知識很全面，需要學(xué)生具備電路分析與設(shè)計、單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)、匯編及C語言編程、軟硬件調(diào)試等知識或技能。但是由于授課方法陳舊及缺乏配套實驗，學(xué)生們往往只浮于知識表面，不能用系統(tǒng)的觀點去歸納和理解所學(xué)過的電子知識，更不能去實現(xiàn)一個完整的電子系統(tǒng)。這門課程在教學(xué)上的困境和挑戰(zhàn)歸納起來主要有以下四個方面：

1.如何使學(xué)生建立起“系統(tǒng)”設(shè)計的概念

電子系統(tǒng)是指能夠完成某一特定功能的電子設(shè)備，包括硬件與軟件。雖然大三階段學(xué)生學(xué)過一些電子技術(shù)相關(guān)知識，但仍沒有建立起“系統(tǒng)”概念，還不清楚如何去定義一個電子系統(tǒng)，更不清楚如何根據(jù)具體的性能指標(biāo)去實現(xiàn)電子系統(tǒng)。

2.如何使學(xué)生把學(xué)過的知識納入到“系統(tǒng)”設(shè)計的框架中來

雖然電子信息技術(shù)專業(yè)學(xué)生上過模擬/數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)、C語言等課程，但都只是當(dāng)作“知識”來學(xué)習(xí)，缺乏把知識應(yīng)用到實踐中去的訓(xùn)練。而電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐是一門實踐性很強的課程，不但需要學(xué)生具有扎實的硬件與軟件基礎(chǔ)，還要熟悉系統(tǒng)設(shè)計流程。

3.如何使學(xué)生從“被動設(shè)計”過渡到“主動設(shè)計”

當(dāng)給定需求指標(biāo)后，學(xué)生一般只是消極地去實現(xiàn)功能，不會主動去做全面考慮，顧此失彼。在電子系統(tǒng)設(shè)計過程中，如何把學(xué)生的“被動”轉(zhuǎn)化成“主動”，在有限的實驗條件下能自覺地去全面考慮各種因素。

4.如何樹立學(xué)生的創(chuàng)新意識，激發(fā)其創(chuàng)新主動性

當(dāng)前很多學(xué)生在電子系統(tǒng)設(shè)計課程上表現(xiàn)出“懶惰”現(xiàn)象，對于設(shè)計性題目首先想到的解決方法是“山寨”，作品中缺乏自己的想法，缺乏亮點，無創(chuàng)新意識。在當(dāng)前電子技術(shù)快速發(fā)展的形式下，“懶惰”學(xué)生將無法滿足社會和企業(yè)的需求，會被逐漸淘汰。

為解決這些問題，我們深入探索了各種教學(xué)思想和方法，提出了“以系統(tǒng)為出發(fā)點，以項目為導(dǎo)向”的教學(xué)新理念，并根據(jù)培養(yǎng)要求在授課內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗制定、考核辦法等方面提出具體教學(xué)改革措施，對提高學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計與實踐能力具有良好作用，從而為社會培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型電子設(shè)計人才。 新時期下，電子信息技術(shù)類專業(yè)必須建立緊跟電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展的教學(xué)機(jī)制，不斷創(chuàng)新授課模式，采用先進(jìn)實踐教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)其實踐創(chuàng)新熱情。

二、教學(xué)內(nèi)容總體設(shè)計

本專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐課程內(nèi)容的設(shè)置充分依托本系學(xué)科優(yōu)勢，在緊跟前沿、兼顧基礎(chǔ)的原則下，對理論與實驗內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合。理論部分采用專題方式進(jìn)行授課，偏重于講解知識的實際應(yīng)用場景，避免泛泛而談；實驗部分主要為綜合性設(shè)計題目，給出性能指標(biāo)后由學(xué)生（兩人一組）自主進(jìn)行設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生按照企業(yè)研發(fā)“項目”的過程一步步來實現(xiàn)。實驗考核要綜合考慮系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性、成本等多個因素。在上述思想的指導(dǎo)下，我們經(jīng)過對國內(nèi)部分高校的電子設(shè)計類課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研和對比，并結(jié)合本專業(yè)實際情況，對電子設(shè)計與實踐課程進(jìn)行如下改革與探索。

（一）理論內(nèi)容

在授課中緊密結(jié)合學(xué)生所學(xué)的模電、數(shù)電、單片機(jī)、C編程語言等知識，引導(dǎo)學(xué)生去主動思考各種設(shè)計方法的來源和應(yīng)用場合。為達(dá)到良好教學(xué)效果，采用專題式授課方式，每一專題講述一類內(nèi)容，每一專題用2-4個學(xué)時完成。理論內(nèi)容主要包括三大部分內(nèi)容：模擬電子、數(shù)字電子、高速電路。模擬部分主要包括運放電路、功放電路、直流電源等專題；數(shù)字部分主要包括ARM單片機(jī)、串行總線、ARM單片機(jī)軟件設(shè)計等專題；高速電路主要講解高速電路設(shè)計時遇到的信號完整性問題。以上內(nèi)容用一個綜合設(shè)計實例貫穿起來講解，條理性強，有血有肉。

本次改革以水溫控制系統(tǒng)為例展開授課，系統(tǒng)框架如圖1所示。主控系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)來實現(xiàn)，貫穿講解ARM單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)、串行總線及單片機(jī)軟件設(shè)計等內(nèi)容；溫度采集、加溫控制、進(jìn)/出水閥控制與供電模塊貫穿講解模擬專題內(nèi)容；信號完整性部分貫穿于整個硬件設(shè)計過程。這種以“系統(tǒng)為出發(fā)點”的授課方式，克服了知識點零散且難以有機(jī)結(jié)合的缺點。endprint

（二） 實驗內(nèi)容

實驗部分共由三個綜合性設(shè)計實驗組成：多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計、開關(guān)電源設(shè)計、直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計，并給出詳細(xì)性能指標(biāo)，如表1所示。其中多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計為必選內(nèi)容，其他兩個實驗任選其一。每組成員根據(jù)自己特長選擇是以硬件焊接調(diào)試或者軟件編寫與調(diào)試為主，整個設(shè)計過程中須兩人協(xié)作完成。

為了讓學(xué)生能夠充分自主、不受制約地進(jìn)行自主探索，優(yōu)化配置實踐環(huán)境資源，學(xué)生可以在保證達(dá)到系統(tǒng)性能指標(biāo)前提下，根據(jù)自己的特長選擇其他芯片或電路實現(xiàn)所要求的功能。為了達(dá)到預(yù)定訓(xùn)練效果，實驗采取嚴(yán)格驗收方式，主要分兩步來完成：指標(biāo)驗收與交叉式提問。創(chuàng)新指標(biāo)的完成所占總成績的比重不少于40%。驗收老師會向負(fù)責(zé)硬件設(shè)計的學(xué)生提問軟件設(shè)計相關(guān)的問題，反之，會向負(fù)責(zé)軟件設(shè)計的學(xué)生提問硬件設(shè)計相關(guān)的問題，保證學(xué)生在整個實驗中的全程參與。最后每組須提交詳細(xì)的實驗報告，其中包括項目指標(biāo)、實際指標(biāo)、原理圖、程序流程圖、驗收結(jié)果、總結(jié)等內(nèi)容。

三、結(jié)論

以“系統(tǒng)”框架來設(shè)計理論內(nèi)容，以“項目”研發(fā)流程來管理實驗設(shè)計，使學(xué)生能夠?qū)﹄娮酉到y(tǒng)研發(fā)過程有深入理解，提高其解決實際問題的能力，增強創(chuàng)新意識，加強學(xué)生走向社會的競爭力。幾個學(xué)期來的授課效果表明，通過“系統(tǒng)”與“項目”相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生解決實際問題能力明顯提高，更加具有創(chuàng)新意識，知識的有機(jī)聯(lián)系性更強。

高校專業(yè)教育不應(yīng)脫離社會發(fā)展的需求，專業(yè)教育內(nèi)容與方法也要與時俱進(jìn)。對于本專業(yè)電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐課程，考慮在以后的理論課堂中引入“企業(yè)導(dǎo)師”，邀請企業(yè)中的技術(shù)骨干或研發(fā)精英到課堂上講授技術(shù)或者經(jīng)驗，這將有助于學(xué)生拓展視野，激發(fā)學(xué)習(xí)動力。實驗課中除了繼續(xù)保持“以項目為導(dǎo)向”的管理機(jī)制外，要根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢不斷更新實驗內(nèi)容。希望本課程教學(xué)改革的成功實施能夠為專業(yè)同行提供些許參考。

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作者簡介：

吳占雄（1979-），男，山東青島人，副教授，研究方向為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。endprint